山西省焦化企業空間分異特征及其對種植區農作物產量的影響

王瑤 段永紅 易海杰

摘要：焦化工業是山西省重要的支柱產業，但目前針對山西省焦化企業空間分異特征及其對種植區農作物影響的研究尚未見報道。本研究采用文獻資料收集法、最鄰近指數、核密度指數、標準差橢圓與Pearson相關分析等方法，借助ArcGIS、SPSS與Microsoft Excel等軟件，以2016年山西省規模以上焦化企業為研究對象，對其數量、產量等空間分異特征及其對種植區農作物可能存在的潛在風險進行初步分析。結果表明：山西省焦化企業具有顯著的空間集聚分布特征，多數規模較大的焦化企業集中分布于中南部的孝義市、介休市、洪洞縣等縣（市），并在這些區域形成了明顯的焦化工業集聚區，其產量占到全省焦炭總產量的70%，總體上呈非均衡分布的空間格局;焦炭產量與PM2.5、SO2、NO2、PM10濃度值和CO百分位數等當地空氣質量監測指標呈正相關，與秋糧、谷類、薯類、豆類產量呈負相關，焦化生產會對當地的農業及人體健康造成潛在威脅。本研究結果對指導山西省焦化行業與農業的持續和諧發展具有一定的參考價值。

關鍵詞：山西省;焦化企業;空間分布;農作物;產量

中圖分類號：S126文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2019）04-0117-07

Abstract Coking industry is an important pillar industry in Shanxi Province. However， the research on the spatial differentiation characteristics and its impact on crops in the major growing regions in Shanxi Province has not been reported yet. Taking the above-scale coking enterprises in Shanxi Province in 2016 as research objects， the spatial distribution characteristics such as quality and output and its possible potential risks on crops in the major growing regions were analyzed by the methods such as literature collection， adjacent index， Kernel Density Estimation， Standard Deviational Ellipse and Pearson correlation analysis with the help of ArcGIS， SPSS and Microsoft Excel software. The results showed that the coking enterprises in Shanxi Province had significant spatial agglomeration distribution characteristics. Most of the large-scale coking enterprises concentrated in the south-middle Shanxi Province such as Xiaoyi City， Jiexiu City and Hongdong County， and formed an obvious coking industry agglomeration district. Its output accounted for 70% of the provincial total coke production. It indicated that the coking enterprises showed an unbalanced spatial pattern. The correlations between the coke production and the local environmental air quality monitoring indicators such as the concemtration of PM2.5， sulfur dioxide （SO2）， nitrogen dioxide （NO2） and PM10 and the CO percentiles were positive. However， the correlations between the coke production and the autumnal cereal yield， grain yield， potato yield and beans yield were negative. Besides， the coking industrial production activities caused potential threats to the local agriculture and resident health. The present study had some reference values for guiding the sustainable and harmonious development of coking industry and agriculture in Shanxi Province.

Keywords Shanxi Province; Coking industry; Spatial distribution; Crops; Yield

山西省是我國最大的優質焦煤生產基地[1]，焦煤資源探明儲量1 493億噸，占全國焦煤探明儲量的60%，豐富的焦煤資源，使其成為國內乃至全球最重要的焦炭生產基地[2]。2016年山西省焦炭產量8 186萬噸，分別占全國和全球焦炭生產量的18%和12%左右;山西全省規模以上焦炭企業實現工業總產值909.5億元，占全省規模以上工業總產值的6.5%，全省2016年規模以上焦炭工業的產值同比增長了15.3%[3]，是山西省增長速度最快的工業行業。焦化產業在山西省國民經濟發展中已占據了舉足輕重的地位。依托豐富的焦煤資源，適應國際、國內經濟發展的需要，《山西省“十三五”焦化工業發展規劃》明確要將山西省建設成為國內乃至全球焦炭產量最大、輸出量最多的焦炭生產基地[4]。

山西山地多，平川少，農業用地1 003萬公頃，其中耕地面積405.89萬公頃，僅占山西省國土總面積的25.9% [4]，農業土地資源十分緊張，農產品供應較為緊缺[5]。因小麥、玉米、大豆等作物具有較強的吸附空氣顆粒的作用，當大氣中污染物濃度高度超標時，對此類作物的影響是急性且非常明顯的，導致作物產量無法達到預期標準，甚至作物直接枯死[6]。20世紀八九十年代，山西焦化企業快速、無序擴張，落后的生產技術、不合理的空間布局，加之當時對環保的認識不夠，環保措施缺乏，導致當地長期以來空氣中懸浮顆粒物和大氣污染物濃度一直維持在較高水平，這不僅對有限種植區內的農產品產量和質量造成很大影響，而且導致嚴重經濟損失，甚至危害到人類身體健康[7]。近幾年在政府的調整與監控下，這種情況已有好轉，但形式依然嚴峻，因而對山西省焦化產業園與農業種植區的布局調整仍十分必要[8]，而這需要建立在充分認識產業的空間分布格局及其對農作物影響的基礎上。

目前，國內外針對中國焦化企業的研究主要集中在其產業發展趨勢[9]、污染物質（SO2等）排放[10，11]、環境污染治理[12，13]以及產業政策制定[14]等方面，主要是在全國尺度上進行的，缺乏省域尺度下焦化企業空間分布方面的相關研究，而在此基礎上針對焦化企業空間分布格局對農業種植區影響的研究更是鮮見報道。本研究以山西省為研究區域，使用ArcGIS、SPSS等軟件，分析了2016年山西省焦化企業的空間分布格局及其與農作物產量的相關關系，旨在揭示山西焦化企業的空間分布特征及其對農作物的影響，指導、優化焦化企業與農業的合理布局，為山西省工業與農業和諧健康發展提供科學依據。

1 數據來源與研究方法

1.1 研究區概況

山西省位于34°34′～40°44′N、110°14′～114°33′E，總面積15.67萬平方千米，現轄運城市、晉城市、長治市、臨汾市、大同市、朔州市、忻州市、太原市、晉中市、陽泉市和呂梁市11個地級市，總人口約3 681.64萬，GDP總量12 928.34億元[3]。山西省地勢是“兩山夾一川”，東西兩側為山地和丘陵的隆起，中部為一列串珠式盆地沉陷，從北往南依次是大同盆地、忻定盆地、太原盆地、臨汾盆地、運城盆地[15]。氣候類型為溫帶大陸性季風氣候，地勢由東北向西南傾斜[16]。農作物以谷類為主，2016年糧食產量為1 318.5萬噸，其中，夏糧275.0萬噸，秋糧1 043.5萬噸，單位面積產量4 067.7千克/公頃，人均糧食產量0.35噸，在全國人均糧食產量排名中僅為19名[3]。山西煤炭儲量豐富，現已探明的煤礦儲量為2 000億噸，被稱為“煤炭之鄉”、“能源重化工基地”，其境內擁有豐富的焦煤資源，焦化企業眾多，焦化工業產值占傳統工業產值的45.1%[3]，是山西省重要的傳統支柱產業之一，其焦化產業在山西省經濟社會發展、財政稅收和穩定就業等方面發揮了重要作用。

1.2 數據來源

本研究利用中國企業信用檔案庫、企業官方網站等信息網站，收集2016年山西省焦化企業的名稱、注冊地址、企業注冊時間等信息，并按注冊時間統計焦化企業數量;利用Google Earth軟件獲取山西省焦化企業所在地的地理坐標數據，并通過實地考察與采訪當地居民相結合的方式驗證信息的真實性與準確性。

通過查閱《山西省統計年鑒》（2017），統計出各縣（市）焦化企業的焦炭產量與農作物產量[17];根據政府相關機構發布的空氣質量監測通告統計出產焦縣（市）的空氣綜合指數、SO2濃度均值、NO2濃度均值、PM10濃度值、PM2.5濃度值與CO百分位數等環境監測數據[18]。

3 討論與結論

3.1 山西省焦化企業的空間分布和集聚特征

本研究結果顯示，山西省焦化企業的空間分布表現出一定的非均衡性，主要分布在中部和南部，北部較少，數量與產量在地域上兩極分化明顯。造成這種空間分布差異的主要原因可能是地理與經濟要素的差異。

（1）山西省中部處于盆地與河谷等低坡度地帶，地勢平坦，便于工業基礎設施建設與運輸;而北部多處于山地丘陵高坡度地帶，不適合進行大規模的工業開發建設。

（2）中部地區的沁水煤田、西山煤田以及南部地區的霍西煤田、河東煤田等，均具有豐富的焦煤、瘦煤等煉焦煤資源;而北部地區的寧武煤田和大同煤田等則主要以不宜煉焦的動力煤為主[21]。

（3）山西北部公路網密度較低，而中部有高密度、高等級、高質量的公路網[22];從鐵路運輸網方面看，同蒲鐵路貫穿山西省南北兩端，中部有太中銀鐵路和孝柳鐵路，連接汾陽、孝義等地;南部有侯西、侯月、太焦等鐵路干線，途經侯馬、運城、長治等地。總體來說，山西中南部地區的交通條件優于北部地區。

（4）山西省政府的經濟發展政策也是影響焦化企業分布的重要因素。根據山西省政府發布的相關數據，1996—2000年，全省焦化企業約150多家，布局十分分散[23]。為加強焦化企業健康發展，2001—2015年對其布局進行了調整，使其向資源和運輸線更占優勢的中南部區域集中[24]。至2016年，全省已完成12個重點焦化園區的布局，并繼續鼓勵集聚區以外的焦化企業向現有500萬噸級及以上焦化集聚區轉移[25]。本研究結果也顯示，在孝義市與介休市交界處、河津市、潞城市、襄垣縣與屯留縣交界處、清徐縣、洪洞縣、襄汾縣形成了主要的焦化工業集聚區。

3.2 焦化企業排放物對空氣質量和農作物產量的影響

焦化企業排放的廢氣中含有SO2、氮氧化物（NOx）、醛類（RCHO）等污染物，若不經處理直接排放，則嚴重影響空氣質量。本研究結果顯示，焦化企業的焦炭產量與空氣綜合指數和PM10、PM2.5、NO2、SO2濃度值及CO百分位數呈顯著或極顯著正相關。

農作物因有龐大的葉面積同空氣接觸并進行活躍的氣體交換，極易受大氣污染危害[6]。谷類、薯類與豆類等作物都具有較強的吸附空氣顆粒的作用，當暴露于二氧化硫（SO2）及其副產物的氧化煙霧中時，污染物通過氣孔進入作物體內，破壞葉片中的葉綠素，從而影響農作物的光合作用、受精過程、呼吸作用等一系列新陳代謝活動。氣體污染物濃度低時，會對作物產生慢性損傷，導致葉面干燥，斑點遍布，葉片呈白色、棕褐色或稻草色，影響作物生長發育，降低其產量和質量;而持續的或高濃度的大氣污染，則會導致作物呈黃褐色至紅褐色枯死現象，甚至整株死亡，造成農作物減產或絕收[26]。本研究結果顯示，焦化企業的產量與秋糧、谷類、薯類、豆類作物的產量均呈負相關，尤其對薯類和谷物的不良影響更大。

因此，政府應對農田附近工廠進行嚴格管理，要求企業安裝脫硫除塵設備，加強對工業廢氣的監測;建議焦化企業使用優質煤，或通過水洗方式將高硫煤轉化成低硫煤，從根源上減少氮氧化物、二氧化硫、煙塵等有害物質的排放。同時，政府在規劃未來焦化產業園時，應注意避開主要農作物種植區，并盡可能規劃在種植區的下風向，以降低其對農業生產的影響。

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